CN110601737B - 一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其具体步骤如下：(1)根据发送端第i个RRU天线的数量Ni计算第i个RRU的波束组内波束数αiNi；(2)计算波束组赋形方向角
Figure DDA0002200986030000011
计算公式如下：
Figure DDA0002200986030000012
式中
Figure DDA0002200986030000013
第i个RRU的波束组中第k个波束的赋形方向角；(3)发送端根据每个车载终端上报的移动速度信息和移动方向信息计算多普勒补偿因子
Figure DDA0002200986030000014
其中
Figure DDA0002200986030000015
为第i个RRU的波束组中第k个波束的多普勒补偿因子，v为车载终端移动速度，fc为载波频率，
Figure DDA0002200986030000016
为车载终端运动方向角度；(4)在第i个RRU发送信号时，其发送的波束组中的各波束的信号首先要进行相应的多普勒预失真处理，然后再通过波束赋形的方式将信号
Figure DDA0002200986030000017
通过多天线发送出去。

Description

一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法
技术领域
本发明属于移动通信方面车联网系统中信息处理技术领域，涉及一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法。
背景技术
随着5G的全面商用，B5G/6G关键技术和标准的研发提升议事日程。B5G/6G系统将采用更高的载波频率，更小的蜂窝半径和更密集的组网方式。由于使用高频段，导致的问题包括：更严重的多普勒效应和更高的路径损耗。为了克服高频段的路损，移动通信系统通常采用波束赋形的方式来增加覆盖。对于5G包括B5G/6G系统来说，车联网是其最重要的应用场景之一。而高频段导致的更严重的多普勒效应，更小的小区半径导致切换更加频繁以及波束赋形和车联网中车辆的高移动性是5G包括B5G/6G系统应用到车联网场景中亟需解决的问题之一。
具体来说,目前系统方案中存在的问题如下:
1、更高的载波频率导致更严重的多普勒效应。多普勒频移的大小和载波频率成正比。由于低频段频谱资源越发紧张以及提高系统传输带宽的需求，B5G和6G系统将使用相对于4G系统更高的频段，这将造成接收端信号产生更加严重的多普勒频移。大多普勒频移对接收机的定时同步，信道估计以及符号检测的性能都会造成很严重的影响。目前接收机抑制多普勒频偏影响通常采用自动频率校准单元来进行。其主要通过接收发送端发送的训练序列来估计接收端本地信号的频率偏移并进行补偿。然后在高频段B5G/6G车联网环境下，多普勒频偏的大小可能会超过频偏估计算法的最大估计范围，而且在微蜂窝覆盖环境下，多普勒频移的大小是快速时变的。这会造成接收端自动频率校准单元估计和跟踪困难，且严重影响车联网链路的可靠性。
2、更高的载波频率导致更高的路径损耗以及单站覆盖范围变小。众所周知，电磁波的传播损耗和其频率有关，频率越高电磁波的传播损耗越高，导致单站的覆盖范围降低。在车联网环境中，较小的单站覆盖范围会导致车辆在行驶过程中频繁地发生小区重选和切换，从而严重降低通信链路的可靠性。通常可采用多RRU(射频拉远单元，Radio RemoteUnit)构成同一个逻辑小区的方式来降低车辆行驶过程中的小区重选和切换的概率，但是仍然需要进行频繁的RRU单元切换。而且，在单RRU覆盖边缘用户的链路质量也会恶化。
3、波束覆盖在车辆网环境下导致位置跟踪开销增大。在高频段下为了解决单站覆盖的问题，5G系统中采用指向性波束发射信号的方式来增加信号的覆盖。然而在车联网环境下，由于车辆的高移动性，使得基站在发送信号时需要及时跟踪车辆的当前移动位置，这也给系统的可靠性带来影响。
发明内容
本发明提供了一种可以提高高频段车联网环境下的链路可靠性，抑制大多普勒频偏的影响，并减小RRU切换的频率的基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法。
本发明采用的技术方案是：
一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其具体步骤如下：
(1)根据发送端第i个RRU天线的数量Ni计算第i个RRU的波束组内波束数αiNi，其中αi≤1为比例因子；
(2)根据波束组内比例因子αi计算波束组赋形方向角
Figure BDA0002200986010000022
计算公式如下：
Figure BDA0002200986010000021
式中
Figure BDA0002200986010000031
第i个RRU的波束组中第k个波束的赋形方向角；
(3)发送端根据每个车载终端上报的移动速度信息和移动方向信息计算多普勒补偿因子
Figure BDA0002200986010000032
其中/>
Figure BDA0002200986010000033
为第i个RRU的波束组中第k个波束的多普勒补偿因子，v为车载终端移动速度，fc为载波频率，/>
Figure BDA0002200986010000034
为车载终端运动方向角度；
(4)在第i个RRU发送信号时，其发送的波束组中的各波束的信号首先要进行相应的多普勒预失真处理，即
Figure BDA0002200986010000035
x(t)为要发送的基带信号，然后再通过波束赋形的方式将信号/>
Figure BDA0002200986010000036
通过多天线发送出去。
进一步，步骤(1)中比例调节因子α的取值为1。
或者，步骤(1)中比例调节因子α根据各RRU距离道路的垂直距离和各RRU的覆盖半径来进行计算，如:
Figure BDA0002200986010000037
式中di为第i个RRU至道路的垂直距离，ri是第i个RRU的覆盖半径。
进一步，步骤(2)中波束组赋形方向角范围：
Figure BDA0002200986010000038
进一步，步骤(3)中的车载终端运动方向角度
Figure BDA0002200986010000039
所述多普勒补偿因子简化为
Figure BDA00022009860100000310
因为车辆在行驶过程中只能沿着道路方向进行移动，因此将道路方向定为角度参考方向，则/>
Figure BDA00022009860100000311
进一步，步骤(4)中信号波束赋形过程：
Figure BDA00022009860100000312
式中
Figure BDA0002200986010000041
式中φ为ULA天线阵列法线方向同道路方向的夹角，yi(t)为第i个RRU发送的信号。
本发明的有益效果：利用属于同一个逻辑小区的多个RRU同时发送一组波束方向波束，并根据每个车辆的速度信息结合波束组内各波束方向，对发送的信号进行预多普勒失真处理，可以提高高频段车联网环境下的链路可靠性，抑制大多普勒频偏的影响，并减小RRU切换的频率。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
本实施例提供了一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其包括：
(1)根据发送端第i个RRU天线的数量Ni计算第i个RRU的波束组内波束数αiNi，其中αi≤1为比例因子其缺省值为1，也可以根据各RRU距离道路的垂直距离和各RRU的覆盖半径来进行计算，如:
Figure BDA0002200986010000051
式中di为第i个RRU至道路的垂直距离，ri是第i个RRU的覆盖半径。
(2)根据波束组内比例因子αi计算波束组赋形方向角范围：
Figure BDA0002200986010000052
则该波束组内各波束赋形方向角可以通过下式计算得到:
Figure BDA0002200986010000053
式中
Figure BDA0002200986010000054
第i个RRU的波束组中第k个波束的赋形方向角。
(3)发送端根据每个车载终端上报的移动速度信息和移动方向信息计算多普勒补偿因子
Figure BDA0002200986010000055
其中/>
Figure BDA0002200986010000056
为第i个RRU的波束组中第k个波束的多普勒补偿因子，v为车载终端移动速度，fc为载波频率，/>
Figure BDA0002200986010000057
为车载终端运动方向角度；因为车辆在行驶过程中只能沿着道路方向进行移动，因此我们将道路方向定为角度参考方向，则/>
Figure BDA0002200986010000058
多普勒补偿因子简化为/>
Figure BDA0002200986010000059
(4)在第i个RRU发送信号时，其发送的波束组中的各波束的信号首先要进行相应的多普勒预失真处理，即
Figure BDA00022009860100000510
x(t)为要发送的基带信号，然后再通过波束赋形的方式将信号/>
Figure BDA00022009860100000511
通过多天线发送出去。以ULA(等距线性阵列)天线为例来说明信号波束赋形过程：
Figure BDA00022009860100000512
式中
Figure BDA0002200986010000061
式中φ为ULA天线阵列法线方向同道路方向的夹角，yi(t)为第i个RRU发送的信号。
参见图1，本实施例所述的基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其具体步骤如下：
步骤(1).系统初始化，根据发送端天线的数量N计算波束组内波束数αiNi，其中
Figure BDA0002200986010000062
步骤(2).计算波束组内各波束赋形方向角的值：
Figure BDA0002200986010000063
步骤(3).车载终端上报移动速度信息和移动方向信息给发送端；
步骤(4).计算第i个RRU的波束组中各波束对应的多普勒补偿因子
Figure BDA0002200986010000064
步骤(5).对波束组中的各波束的信号进行相应的多普勒预失真处理，
Figure BDA0002200986010000065
步骤(6).生成第i个RRU波束组赋形信号并发送，转步骤(3)：
Figure BDA0002200986010000066
本发明基于车辆上报的移动速度和移动方向信息，采用多波束并行发送信号并进行相应的多普勒预失真处理的方法，用于提高高频段车联网环境下链路的可靠性。

Claims (6)

1.一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其特征是具体步骤如下：
(1)根据发送端第i个RRU天线的数量Ni计算第i个RRU的波束组内波束数αiNi，其中αi≤1为比例因子；
(2)根据波束组内比例因子αi计算波束组赋形方向角
Figure FDA0004013726870000011
计算公式如下：
Figure FDA0004013726870000012
Figure FDA0004013726870000013
式中
Figure FDA0004013726870000014
第i个RRU的波束组中第k个波束的赋形方向角；
(3)发送端根据每个车载终端上报的移动速度信息和移动方向信息计算多普勒补偿因子
Figure FDA0004013726870000015
其中/>
Figure FDA0004013726870000016
为第i个RRU的波束组中第k个波束的多普勒补偿因子，v为车载终端移动速度，fc为载波频率，/>
Figure FDA0004013726870000017
为车载终端运动方向角度；
(4)在第i个RRU发送信号时，其发送的波束组中的各波束的信号首先要进行相应的多普勒预失真处理，即
Figure FDA0004013726870000018
x(t)为要发送的基带信号，再通过波束赋形的方式将信号/>
Figure FDA0004013726870000019
通过多天线发送出去。
2.如权利要求1所述的一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其特征在于：步骤(1)中比例调节因子α的取值为1。
3.如权利要求1所述的一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其特征在于：步骤(1)中比例调节因子α根据各RRU距离道路的垂直距离和各RRU的覆盖半径来计算，计算式如下:
Figure FDA0004013726870000021
式中di为第i个RRU至道路的垂直距离，ri是第i个RRU的覆盖半径。
4.如权利要求1至3任意一项所述的一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其特征在于：步骤(2)中波束组赋形方向角范围：
Figure FDA0004013726870000022
5.如权利要求4所述的一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其特征在于：步骤(3)中的车载终端运动方向角度
Figure FDA0004013726870000023
所述多普勒补偿因子简化为/>
Figure FDA0004013726870000024
6.如权利要求5所述的一种基于多波束并行发送的车联网链路可靠性增强方法，其特征在于：步骤(4)中信号波束赋形过程：
Figure FDA0004013726870000025
式中
Figure FDA0004013726870000026
式中φ为ULA天线阵列法线方向同道路方向的夹角，yi(t)为第i个RRU发送的信号。
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